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全球最大光學望遠鏡修建 國產(chǎn)激光器首次用于頂尖科研
2013年5月，美國夏威夷國土資源部董事會批準了美國加州理工和加州大學打造30徑望遠鏡（TMT）的提議。這架全球最大的光學望遠鏡將于2014年開始在夏威夷莫納克亞火山頂修建，加拿大、日本、中國、印度的國立天文機構(gòu)加入了該項目。
中科院國家天文臺臺長助理、TMT項目部經(jīng)理薛隨建日前對科技日報記者表示，TMT將為天文望遠鏡400多年的發(fā)展樹立新的里程碑，中國參與該項目，可以分享國際頂尖設備的管理、運行和相應份額的使用權(quán)益，使我國天文學家與世界一流天文學家站在同一起跑線上，用先進的望遠鏡開展前沿的天文研究。同時，國家天文臺聯(lián)合中科院有關(guān)院所承擔了TMT主光學系統(tǒng)、激光引導星系統(tǒng)、激光器系統(tǒng)等多項核心技術(shù)研發(fā)工作，不僅為該項目的推進作出了重要貢獻，也通過該項目使我國相關(guān)領域技術(shù)水平得到快速提升。
TMT將是前所未有的天文探測工具
夏威夷莫納克亞火山可謂世界天文觀測的“圣地”，它海拔4205米，遠離城市污染和照明干擾，一年中有300多天視野清晰，為天文觀測提供了良好條件。目前，共有12架世界一流的天文望遠鏡建在這里，包括兩座當今世界最大的地基光學望遠鏡——口徑直徑10米的凱克望遠鏡。
即將在此開建的TMT顯然更引人注目。據(jù)介紹，TMT的主鏡直徑為30米，由492面對角直徑為1.4米的六角形子鏡面拼接組成，可提供9倍于凱克望遠鏡的集光本領，其圖像分辨率也比當前所能達到的最高分辨率高出3倍。根據(jù)觀測目標和方法的不同，它的探測深度將是當代望遠鏡的10—100倍，可以觀測距離地球130億光年的宇宙區(qū)域景象以及宇宙早期形成的星體和星系，有望幫助科學家在揭示暗物質(zhì)和暗能量的本質(zhì)、探測宇宙第一代天體、理解黑洞的形成與生長、探察地外行星等前沿科學領域取得重大突破。
薛隨建表示，TMT集成了當代大口徑望遠鏡最頂尖的高新技術(shù)，包括拼接式主鏡、自適應光學、以及無縫切換使用的科學設備等。這些高新技術(shù)，將使TMT成為前所未有的天文探測工具。
中國承擔多項核心技術(shù)研發(fā)任務
近年來，世界各國對天文學越來越重視，提出了各類大型天文觀測設備的建設方案及規(guī)劃，中科院國家天文臺對此一直關(guān)注。經(jīng)過論證，中國于2009年提出參與TMT項目意愿。
隨著項目合作的推進，中國科學家承擔了多項重任。
薛隨建說，國家天文臺及南京天光所，聯(lián)合中科院長春光機所、光電所、理化所等單位，“自帶干糧”開展了多項核心技術(shù)研發(fā)工作?！斑@使中國成為該項目中的實質(zhì)研發(fā)合作成員之一?！?
據(jù)介紹，國家天文臺南京天光所主要負責TMT主鏡子鏡單元高精度磨制技術(shù)的研發(fā)，以及部分子鏡的加工任務。薛隨建說，TMT主鏡拼接精度要求極高，需達到光照上去看不到接縫的程度。我國通過2008年完成的LAMOST望遠鏡項目，對此已有技術(shù)儲備。同時，該所還參與了TMT“首光”科學儀器的設計研發(fā)工作。TMT開始科學觀測的初期，將先安裝3臺“首光”設備，包括紅外成像攝譜儀、紅外多目標攝譜儀和寬視場光學攝譜儀。這些設備能充分利用TMT的高靈敏度及高分辨率，提供前所未有的成像能力，是TMT項目的亮點之一。
長春光機所主要負責TMT第三鏡及其驅(qū)動機構(gòu)的設計、制造工作。TMT的光路結(jié)構(gòu)極具特色——來自遙遠天體的星光先被具有主動光學功能的主鏡收集，匯聚到副鏡，再反射到可以360度轉(zhuǎn)動的第三鏡，最后被送入裝有自適應光學矯正系統(tǒng)的科學儀器中。這種特殊的結(jié)構(gòu)使TMT在持續(xù)觀測、切換設備、更換子系統(tǒng)時更方便，幫助天文學家在更短時間內(nèi)進行更多不同類型的觀測。而起著主要傳輸作用的第三鏡，在光學精度、機械精度等方面均面臨世界級挑戰(zhàn)。
光電所承擔了TMT激光導星子系統(tǒng)的設計制造。薛隨建說，大氣中存在湍流、密度分層等現(xiàn)象，會對天文觀測形成干擾，導致影像變得模糊，“這就需要自適應光學系統(tǒng)進行矯正、還原”。簡言之，就是向空中發(fā)射高能激光，在海拔90公里處制造人工“導星”，通過不斷對其檢測，實時測得大氣湍流的具體情況，再借助變形鏡高速精密的調(diào)整，讓圖像恢復得清晰銳利。
其中，形成人工“導星”的高能激光，由理化所承擔的高功率全固態(tài)脈沖納信標激光器來發(fā)射。這將是國產(chǎn)激光器首次在國際頂尖科研裝備中應用，定會為我國科研儀器搶占國際科技市場份額增添重要的籌碼。
目前，我國承擔的各項研發(fā)任務均取得階段性進展，正陸續(xù)接受國際專家的評審。
資金問題讓中國面臨尷尬
通過技術(shù)上的貢獻，中國科學家在TMT項目合作中爭得了地位，但目前卻因資金問題遭遇尷尬。
據(jù)了解，TMT項目預計耗資約14億美元，需由各合作成員籌集。其中，美國加州理工和加州大學已籌集到大約3億美元；加拿大在項目初期已出資3000萬美元，新一輪投資正在運作中；日本政府已承諾出資25%，并已開始向國立天文臺撥付資金；印度政府也同意出資10%?！盀樵陧椖恐袪幍酶鄼?quán)益，我們也希望承擔不少于10%份額的投資?！毖﹄S建說，“但這筆資金尚未落實?！?
他表示，這樣的大型國際項目，目前國內(nèi)的體制只能一事一議，無論是科技部、基金委還是科學院，沒有專門的立項渠道。不過，最近美國國家基金委（NSF）宣布對TMT的立項支持，希望這能對開啟中美兩國政府間的科技合作渠道有所助益?！叭绻貌坏絿伊㈨椫С郑覀儠浅擂??！毖﹄S建說，“不僅有可能延誤項目建設，我們還會喪失項目中的主導權(quán)和發(fā)言權(quán)，信譽也將受損。”